WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA W OBSERWATORIUM WROCŁAW-SWOJEC. Krystyna Bryś

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 27, 9(2), WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA W OBSERWATORIUM WROCŁAW-SWOJEC Krystyna Bryś Zakład Agro- i Hydrometeorologii, Instytut Kształtowania i Ochrony Środowiska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Pl. Grunwaldzki 24, Wrocław brys@ozi.ar.wroc.pl S t r e s z c z e n i e. Analizie statystycznej i klimatologicznej poddano wieloletnie ( ) przebiegi dobowych zmian niedosytu wilgotności powietrza w Obserwatorium Wrocław-Swojec. Wykorzystano wartości z 3 pomiarów terminowych (godz. 6, 12, 18 UTC) oraz odczyty z termohigrogramów (godz. UTC). Dla celów porównawczych rozpatrzono równe okresy doby: tzw. półdobę nocną (18-6 UTC) oraz pół-dobę dzienną (6-18 UTC), a takŝe tzw. ćwierć-dobę przedpołudniową (6-12 UTC) oraz ćwierć-dobę popołudniową (12-18 UTC). Zmiany te uśredniono w postaci miesięcznych, półrocznych i rocznych wartości niedosytu wilgotności powietrza dla analizowanych okresów doby. Tak ujęty roczny i wieloletni przebieg niedosytu wilgotności powietrza, z podstawowym podziałem na niedosyt wilgotności dzienny i nocny, cechuje znaczna zmienność. NajwaŜniejszą cechą wyróŝniającą analizowane 26-lecie jest wyraźny wzrost średnich niedosytu nocnego i dziennego, szczególnie silny w ostatnich kilkunastu latach. Rośnie przy tym relatywny udział niedosytu nocnego w średnich dobowych. W przebiegu rocznym, obok dominującej tendencji silnego wzrostu niedosytu, zwłaszcza w lutym, kwietniu, czerwcu i sierpniu, znamienne jest takŝe występowanie jesiennej jego stabilizacji lub spadku (październik dla niedosytu dziennego i listopad dla nocnego ). Największą zmiennością dobową niedosytu wilgotności z roku na rok cechuje się okres zimowy (luty). Zwiększenie wahań niedosytu wilgotności powietrza i występujące trendy higryczne związane są z intensyfikacją przepływów strefowych (faza pozytywna NAO). S ł o wa k l u c z o we: niedosyt wilgotności powietrza, zmienność dobowa, trendy wieloletnie, faza pozytywna NAO WSTĘP Niedosyt wilgotności powietrza d jest waŝnym parametrem stosunków higrycznych i jednym z najistotniejszych składników licznych wzorów empirycznych na parowanie wskaźnikowe i potencjalne. W sposób istotny związany jest

2 38 K. BRYŚ bowiem z obiegiem wody i ciepła w przyrodzie. Jego rozkład sezonowy i dzienny stanowi pochodną zmieniających się warunków pogodowych i cyrkulacyjnych. Obok termiki i innych podstawowych elementów meteorologicznych, moŝe być dobrym wskaźnikiem wieloletniej zmienności uwarunkowań klimatycznych, a szczególnie dynamiki makrocyrkulacyjnej. Ze zmiennością tą wiąŝą się bowiem odpowiednie zmiany termiczne, baryczne i wilgotnościowe w migrujących masach, napływających (adwekcja) na badany obszar. Niedosyt wilgotności powietrza, który jest wypadkowym efektem oddziaływania wymienionych elementów, stanowi więc, zwłaszcza w rejonach klimatu przejściowego, cenne źródło informacji o długookresowej dynamice atmosfery. Dotyczy to zarówno skali regionalnej, jak i lokalnej. Na przykładzie wahań sum niedosytu wilgotności powietrza we Wrocławiu-Swojcu w latach przeanalizowano jego zmienność i wpływ adwekcji w okresie tzw. fazy pozytywnej Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO) na rozkład dobowy d (z podziałem na przedpołudnie, popołudnie i noc wg 3 standardowych terminów obserwacyjnych). Takie ujęcie zagadnienia nawiązuje i stanowi uzupełnienie ostatniego opracowania dotyczącego wieloletnich dobowych zmian parowania we Wrocławiu (Bryś K. 26) i jego uwarunkowań (Bryś K. i Bryś T. 22, Bryś K. i Bryś T. 25, Bryś T. 23). MATERIAŁY I METODYKA Analizowane dane pochodzą ze standardowych pomiarów niedosytu wilgotności powietrza (godz. 6, 12, 18 UTC) realizowanych w latach w Obserwatorium Wrocław-Swojec za pomocą klasycznego zestawu termometrów aspiracyjnych Augusta oraz termohigrografu stacyjnego (odczyty dla godz. UTC). Przyrządy te umieszczone były w standardowej klatce meteorologicznej na wysokości 2 m. Topoklimatyczne tło tworzą wartości z terminowych pomiarów w w/w klatce temperatury powietrza Tp oraz wilgotności względnej powietrza H, a więc te wielkości które kształtowały lokalne stosunki higryczne. Warto zaznaczyć, Ŝe Obserwatorium Agroi Hydrometeorologii AR we Wrocławiu-Swojcu połoŝone jest w peryferyjnej, uŝytkowanej rolniczo wschodniej części Wrocławia, poza strefą bezpośredniego oddziaływania tzw. miejskiej wyspy ciepła. Posiada charakter reprezentatywny dla rolniczych terenów Niziny Śląskiej. Pomiary meteorologiczne, w związku ze zmianą w listopadzie 1978 roku 3 terminu obserwacyjnego, wykonywane były od roku 1979 od godz. 6 UTC w odstępach 6-godzinnych (czyli o 7, 13, 19 miejscowego czasu słonecznego), a wartości d dla godz. UTC (czyli 1 w nocy) określano z Tablic Psychrometrycznych (lub wzorów psychrometrycznych) na podstawie odczytanych z termohigrogramów wartości Tp i H. UmoŜliwiło to podział doby na 2 równe części umowny dzień (6-18 UTC) i noc (18-6 UTC), a takŝe podział dnia na przedpołudnie (6-12 UTC) oraz

3 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 39 popołudnie (12-18 UTC). Średnie wartości d, Tp i H dla tych części doby wyliczono z odpowiedniego wykorzystania 4 danych terminowych, np. dla pół-doby nocnej były to średnie z danych z godz. 18 dnia poprzedzającego oraz z godz. i 6 UTC dnia analizowanego, zaś dla pół-doby dziennej były to średnie z wartości o godz. 6, 12 i 18 UTC. Z kolei, w przypadku tzw. ćwierć-doby przedpołudniowej były to średnie z wartości dla godz. 6 i 12 UTC, zaś popołudniowej z wartości dla godz. 12 i 18 UTC. Oczywiście, te analizowane tzw. średnie cząstkowe doby, nie są rzeczywistymi średnimi niedosytu wilgotności powietrza d. Nie jest nią teŝ tzw. średnia dobowa, która powszechnie liczona jest jako średnia z 3 terminowych obserwacji dziennych, czyli z godz. 6, 12 i 18 UTC (Bryś 23, Olejnik i Kędziora 1981, Roguski i in. 2/21). Odbiega ona istotnie od średniej uzyskanej z 24 godzin, a jeszcze mocniej moŝe odbiegać przy danych z kroku minutowego (Doraiswamy i in. 2., Mc Vicar i Jupp 1999, Rojek in. 2/21). Na przykład dane z okresu VI-XI 25 wskazują na potrzebę wprowadzenia do standardowo liczonych średnich dobowych d comiesięcznych współczynników korekcyjnych od,789 dla lipca,,812 dla czerwca,,83 dla sierpnia do,873 dla listopada, by zapewnić ich zgodność (w średnich miesięcznych) ze średnimi liczonymi z 24 danych godzinowych. Średni współczynnik korekcyjny dla tego przykładowego półrocza wynosi,825, natomiast dla wprowadzonych w pracy tzw. średnich dziennych 1,181, nocnych,794, popołudniowych 1,121, a przedpołudniowych tylko,996 (choć i tu jest większy w lipcu 1,159). W poszczególnych latach współczynniki te podlegają pewnym wahaniom, a danymi godzinowymi stacja na Swojcu dysponuje dopiero od końca 1999 roku (stacja automatyczna) (Rojek i in. 2/21) więc zrezygnowano z ich wprowadzenia przy liczeniu średnich. Celem pracy jest bowiem zwrócenie uwagi na dobową zmienność d w wieloleciu , moŝliwą jedynie do uchwycenia w oparciu o posiadane standardowe dane z 4 terminów (, 6, 12 i 18 UTC). Dlatego teŝ zadowolono się jedynie tymi ułomnymi średnimi, nie wdając się w złoŝoną problematykę rzeczywistych średnich d (Roguski i in. 2/21, Rojek i in. 2/21). Zresztą, tę ostatnią kwestię poruszono m.in. we wcześniejszych artykułach dotyczących wieloletnich serii parowania wskaźnikowego liczonych z wzorów empirycznych, w których występuje d, gdzie musiano uwzględnić wpływ zmiany 3. terminu obserwacji z godz. 2 UTC na 18 UTC (Bryś K. i Bryś T. 25, Bryś T. 23). Tak rozłoŝone dobowe średnie wartości niedosytu wilgotności powietrza d rozpatrzono w relacjach wzajemnych (udział procentowy i bezwzględny) w poszczególnych miesiącach (I, II... XII), półroczach zimowych (X-III) i letnich (IV-IX) oraz badanych 26 latach. Dla okresów tych wydzielono trendy liniowe lub wielomianowe 4- i 6-stopnia. Zainteresowano się takŝe dynamiką i wielkością fluktuacji (amplitudy i współczynniki zmienności) d. Wykorzystując współczyn-

4 31 K. BRYŚ niki korelacji i ich istotność zbadano związki niedosytu wilgotności tzw. dziennego (d dz) i tzw. nocnego (d nc) z Tp (dz, nc) i H (dz, nc) oraz z indeksem zimowym NAO Hurrella. Zwrócono przy tym uwagę na zmienność tych korelacji w róŝnych krokach czasowych (miesiąca, półrocza, roku) i okresach rozpatrywanego wielolecia. Przy badaniu wpływu adwekcji na d szczególnego znaczenia nadano d nc, jako w zasadzie (poza niewielkim wpływem na umowny czas nocy dłuŝszych dni letnich) wolnego od bezpośredniego oddziaływania ewaporacyjnego (poprzez modyfikacje H) radiacji słonecznej. WYNIKI BADAŃ W analizowanym 26-leciu średnie wartości dobowe d dz osiągnęły maksimum w lipcu i sierpniu (9, hpa), a dla d nc w lipcu (5,2 hpa). Sezonowy przebieg w postaci średnich miesięcznych cechuje wykładniczy wzrost wartości ze stosunkowo niskiego poziomu grudniowego (1,1 dla d nc oraz 1,3 dla d dz) i styczniowego (1,1 dla d nc oraz 1,4 dla d dz). Wzrost ten jest silniejszy dla d dz, tak, Ŝe latem udział d nc w średniej dobowej d, w stosunku do zimy, relatywnie maleje. Zachodzi przy tym pewna asymetria przebiegu d widoczna w postaci wyeksponowania wartości sierpniowych powyŝej wielomianowej (dopasowanie wielomianem 6-stopnia) krzywej równowagi (rys. 1 a). PoniŜej niej lokują się z kolei wartości wrześniowe i czerwcowe, co jest wyraźniej widoczne w d dz. Ekstremalne wartości średnich miesięcznych (rys. 1 b.) nawiązują do tej zmienności sezonowej, z tym Ŝe maksimum dla d dz wypada w lipcu (16,9 hpa), a dla d nc (8,7 hpa) w sierpniu. RóŜnice wartości pomiędzy d dz a d nc są tu więc ponad dwukrotnie wyŝsze niŝ wspomniane wcześniej róŝnice w odpowiednich średnich miesięcznych. Z kolei, minimalne wartości, które pojawiają się zimą (styczeń) zbliŝają mocniej do siebie d dz (,5 h hpa) i d nc (,4 h Pa). Z czasem wystąpienia maksimów związane są najwyŝsze amplitudy wartości średnich miesięcznych, czyli 11,9 hpa w lipcu dla d dz oraz 5,7 hpa w sierpniu dla d nc. NajniŜsze amplitudy tych wartości występują w grudniu i wynoszą 1,3 hpa dla d dz oraz 1,2 hpa dla d nc. Współczynnik zmienności (rys. 1 c), jako stosunek procentowy odchylenia standardowego do wartości średniej, informuje w sposób syntetyczny o fluktuacji dobowych wartości d dz i d nc w kolejnych miesiącach roku. Obraz ten stanowi istotne, dynamiczne uzupełnienie przedstawionego wcześniej statycznego obrazu średnich wartości. WyróŜnia się tu luty ze współczynnikami 45,8% dla d nc i 45,3% dla d dz oraz styczeń (38,2% dla d nc i 36,4% dla d dz). W okresie jesienno-zimowym (X-II) zmienność d nc jest wyŝsza niŝ d dz, natomiast w półroczu letnim występuje 2-miesięczna przemienność; d nc przewaŝa w kwietniu, czerwcu i lipcu, a d dz w pozostałych miesiącach. W lipcu pojawia się maksimum

5 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 311 letnie (3,8% dla d dz i 29,2% dla d nc), a w kwietniu i październiku występują minima z wartościami pomiędzy 16 a 19% (16,2% dla d nc i 17,8% dla d dz w X). a) d (hpa) d nc d dz Wielom. (d nc) Wielom. (d dz) R 2 =,976 R 2 =, Miesiące - months b) d (hpa) max d nc min d nc max d dz min d dz Miesiące - months c) w.zm. - var.coeff. (%) w.zm. d nc w.zm. d dz Miesiące - months d) r (Tp, -H; d),9,8,7,6,5,4,3,2,1 Tp nc Tp dz (-H) nc (-H) dz Miesiące - months Rys. 1. Przebiegi roczne (krok miesięczny) wybranych charakterystyk statystycznych d nc oraz d dz w Obserwatorium Wrocław-Swojec w latach : a) średnie miesięczne i ich wygładzenia wielomianowe 6-stopnia (Wielom.) b) ekstrema (max, min) średnich miesięcznych c) współczynnik zmienności średnich miesięcznych d) korelacje pomiędzy dziennymi wartościami d a Tp oraz H*(-1) Fig. 1. Yearly runs (monthly intervals) of selected statistical characteristics of d nc and d dz at Wrocław-Swojec Observatory in the years : a) monthly averages and their 6 th order polynomial smoothing (Wielom.) b) extremes (max, min) of monthly averages c) variability coefficient of monthly averages d) correlations between daily values of d, and Tp and H*(-1) Uwzględnione dla poszczególnych miesięcy współczynniki korelacji d (dz, nc) z Tp (dz, nc) i H(dz, nc) dokumentują (rys. 1 d) większą zaleŝność tak ujętych średnich dobowych niedosytu wilgotności od odpowiednich średnich wilgotności względnej niŝ od średnich temperatury powietrza. Relacje z H dz są najsilniejsze w okresie letnim (r < -,86) oraz w listopadzie (r = -,87). W przeciwieństwie do temperatury są to związki odwrotnie proporcjonalne. Maksimum zaleŝność ta osiąga w sierpniu (r =,9) i lipcu (r =,89), a minimum w lutym (r =,76). Współczynniki korelacji d nc z H nc są niŝsze aniŝeli wartości z odpowiednich korelacji dla

6 312 K. BRYŚ średnich dziennych i przewaŝnie wahają się w granicach od r =,7 do r =,75. Maksimum występuje w listopadzie ( r =,77) i styczniu (r =,76), zaś minimum, podobnie jak w przypadku korelacji d dz z H dz, w lutym (r =,68). W podobnych relacjach d z temperaturą powietrza tylko związki w pół-dobie dziennej w okresie IV-VIII zbliŝają się znacznie do poziomu korelacji d dz z H dz. Maksymalne wartości pojawiają się latem w lipcu (r =,84), sierpniu (r =,83) i czerwcu (r =,82), zaś minimalne jesienią w listopadzie (r =,62), październiku (r =,63) oraz w grudniu (r =,65). Dla nocy występuje przeciwieństwo, gdyŝ maksimum pojawia się zimą (r =,65 w styczniu oraz r =,62 w grudniu i lutym), a minimalne wartości w półroczu letnim (r =,44 w maju i r =,46 we wrześniu). Stan ten rejestruje korelogram (rys.1 d) - przebieg roczny korelacji Tp (dz, nc) i d (dz, nc) usytuowany na tle odpowiednich korelacji d z H*( 1). Podział na przedpołudniowe (w skrócie: pp) i popołudniowe (w skrócie: po) średnie wartości d pozwala dokładniej przyjrzeć się relacjom higryczno-termicznym zachodzącym w ciągu dnia. Średnie wartości popołudniowe d po są wyŝsze niŝ średnie przedpołudniowe d pp, co uwidacznia ujęty procentowo stosunek d pp do d po. Osiąga on minimum ok. 74% w sierpniu i kwietniu, a maksimum ok. 91% w grudniu i styczniu. Zwracają takŝe uwagę słabe maksimum letnie w lipcu (ok. 77%) i stosunkowo niskie wartości (ok %) dla pozostałych miesięcy wiosennych i letnich. Od październikowych 83% przez listopadowe 87% notuje się systematyczny wzrost tych wartości do wspomnianego maksimum zimowego, po którym występuje, rozpoczynające dłuŝszy spadek wartości, lutowe obniŝenie do 85%. Korelacje z Tp (pp, po) i H (pp, po) wskazują przy tym na silniejszy związek d z tak ujętymi wartościami termiki powietrza i wilgotności względnej po południu, niŝ przed południem. Znamienne, Ŝe w analizowanym 26-leciu, na co wskazują trendy liniowe, poza miesiącami IV, V oraz IX i X notuje się pewien spadek wartości stosunku d pp do d po, który jest najsilniejszy w lutym i marcu (3,%) oraz listopadzie (2,9%). Niewiele słabsze są spadki występujące w czerwcu (2,6%) i sierpniu (2,5%), natomiast w pozostałych miesiącach o spadkowej tendencji, oscylują w granicach 1,8-2,1%. Tendencja wzrostowa jest najsilniejsza na przełomie lata i jesieni i wynosi 3,2% we wrześniu i 1,8% w październiku, zaś w maju 1,5%, a w kwietniu tylko 1,1%. Te miesiące mają zatem charakter swoistych sezonowych przełomów dla analizowanych trendów wartości d. Owe przełomy wiosenny i jesienny cechuje, prawdopodobnie nie przypadkowo, odmienność w stosunku do dominującej zimą i latem wyraźnej tendencji spadkowej. NaleŜy jednak zaznaczyć, Ŝe jedynie trendy wartości z czerwca i sierpnia są istotne statystycznie (na poziomie α =,5), a trendy z września, lipca oraz marca, maja i października w znacznym stopniu zbliŝają się do progu istotności. Wieloletni przebieg podziału dobowego d na średnie wartości nocne i dzienne wykazuje nie tylko znaczną zmienność w rytmie sezonowym (miesięcznym),

7 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 313 ale takŝe z roku na rok. Cechuje go zarówno w przypadku średnich rocznych d nc i d dz (rys. 2 a), jak i średnich półrocznych: letnich IV-IX (rys. 2 b) oraz zimowych X-III wyraźny liniowy trend wzrostowy. Wyliczone na podstawie równań tego trendu róŝnice d pomiędzy końcowym rokiem 24 a początkowym rokiem 1979 wykazują dla średnich rocznych d dz przyrost 1,4 hpa, czyli,4 hpa rok -1, a dla d nc,67 hpa, czyli,3 hpa rok -1. Jeśli zrelatywizujemy te wartości jako zmiany procentowe w stosunku do wartości roku początkowego, to 26-letnie przyrosty będą większe dla d nc (27%) niŝ dla d dz (25,6%). W tym względzie widoczne jest takŝe znaczne uprzywilejowanie półrocza letniego w porównaniu z półroczem zimowym. W okresie IV-IX odpowiednie wartości przyrostów wynoszą: 1,68 hpa, czyli,7 hpa rok -1 i 26,3% dla d dz oraz 1,13 hpa, czyli,5 hpa rok -1 i 31,5% dla d nc. Rozbicie na okresy mniejsze w postaci 3 miesięcznych pór roku (zima I-III, wiosna IV-VI, lato VII-IX, jesień X-XII) oraz okresów miesięcznych od I do XII potwierdza wybitną róŝnicę sezonową kształtowania się kierunku i kąta nachylenia trendu liniowego. Występuje tu wyraźne przeciwieństwo pomiędzy okresem zimowym i jesiennym. Ten pierwszy cechuje znacznie większy przyrost wartości d dz i d nc niŝ okres X-XII, zarówno co do wartości bezwzględnych (w hpa), jak i względnych (w %). Zimą przyrosty relatywne są największe (spośród wszystkich pór roku) i wynoszą 47,7% dla d nc i 44,4% dla d dz, co odpowiada przyrostom bezwzględnym,51 hpa dla d nc i,68 hpa dla d dz. Pomimo, Ŝe wiosną i latem przyrosty bezwzględne są ponad dwukrotnie większe (1,68 hpa dla d dz i 1,18 dla d nc w okresie IV-VI oraz odpowiednio 1,68 i 1,7 hpa w okresie VII-IX), to jednak przyrosty relatywnie się zmniejszają, zwłaszcza dla d dz (34,2% dla d nc i 28,2% dla d dz wiosną oraz odpowiednio 28,8 i 24,3% latem). Jesienią przyrosty ulegają zahamowaniu i mają charakter nieistotny statystycznie, gdyŝ wynoszą zaledwie,3 hpa na 26 lat, co odpowiada relatywnym zmianom 2,1% dla d nc i 1,4% dla d dz. To przeciwieństwo jesieni i zimy decyduje o stosunkowo niskich wartościach 26-letnich przyrostów d dla półrocza zimowego (w porównaniu z półroczem letnim). Zmiana wartości d z roku 24 w stosunku do 1979 wyliczona z równań trendu liniowego jeszcze wybitniej róŝnicuje się w przebiegu sezonowym, gdy rozpatrujemy tendencje dla kolejnych miesięcy roku (rys. 2 c, d). W wartościach bezwzględnych (rys. 2 c) wyróŝnia się zdecydowanie maksimum sierpniowe osiągające 2,99 hpa dla d dz i 1,61 hpa dla d nc. Prowadzi do niego systematyczny, ale zrytmizowany wzrost wartości, od minimum jesiennego do VIII, realizowany od lutego (1,12 hpa dla d dz i,92 hpa dla d nc) w przemiennym 2- miesięcznym rytmie kulminacji (II, IV, VI, VIII) i obniŝeń (III, V, VII) przyrostów wartości d. W kulminacji kwietniowej osiągają one 1,61 hpa dla d dz i 1,12 hpa dla d nc, a w czerwcowej juŝ 1,92 hpa dla d dz i 1,31 hpa dla d nc. Ten sam rytm przejawia się takŝe w wartościach zrelatywizowa-

8 314 K. BRYŚ nych (rys. 2 d), z tym, Ŝe wiedzie on od wybitnej dominanty maksimum lutowego (117,9% dla d nc i 1,9% dla d dz) przez wysokie wartości kwietnia (46,5% dla d nc i 39,6% dla d dz) i znacznie niŝsze czerwcowej kulminacji (32,4% dla d nc i 27,4% dla d dz) do względnie wysokiego (42,% dla d nc i 39,6% dla d dz) sierpniowego maksimum lata. a) d (hpa) nc I-XII dz I-XII Liniow y (nc I-XII) Liniow y (dz I-XII) y =,27x - 5,16 R 2 =,214 y =,42x - 78,267 R 2 =,222 b) d (hpa) nc IV-IX dz IV-IX Wielom. (nc IV-IX) Wielom. (dz IV-IX) R 2 =,349 R 2 =, Lata - years Lata - years c) d (hpa) 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2,8,4 -,4 rŝ d nc rŝ d dz Miesiące - months d) d (%) rŝ% d nc rŝ% d dz Miesiące - months Rys. 2. Przebiegi wieloletnie d nc oraz d dz w Obserwatorium Wrocław-Swojec w latach : a) średnie wartości roczne i ich trend liniowy (Liniowy) b) średnie wartości półroczy IV-IX i ich trend wielomianowy 4-stopnia (Wielom.) c) róŝnice bezwzględne (w hpa) wartości trendu liniowego (przyrosty lub ubytki d w ciągu 26 lat) pomiędzy rokiem 24 a 1979 dla kolejnych miesięcy I XII d) róŝnice względne (w %) wartości trendu liniowego (przyrosty lub ubytki d w ciągu 26 lat w % roku 1979) pomiędzy rokiem 24 a 1976 dla kolejnych miesięcy I-XII Fig. 2. Long-term runs of d nc and d dz in Wrocław Swojec Observatory in : a) yearly average values and their linear trend (Liniowy) b) average values for June-Sept. half-years and their 4 th order polynomial trend (Wielom.) c) absolute differences (in hpa) of linear trend values (increase or decrease of d in the period of 26 years) between 24 and 1979 for succeeding months (Jan.-Dec.) d) relative differences (in hpa) of linear trend values (increase or decrease of d in the period of 26 years in % of 1979) between 24 and 1979 for succeeding months (Jan.-Dec.) Faktyczne zmiany nie mają jednakŝe charakteru ściśle liniowego, lecz zbliŝone są do zmian typu falowego, co dobrze oddaje dopasowanie wielomianem 4- stopnia (rys 2 b). NajwyŜsze przyrosty wartości d dz i d nc wystąpiły pomiędzy latami 198 a 1992, a okres od 1992 do 21 cechuje nawet spadek wartości nie-

9 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 315 dosytu wilgotności, zrekompensowany przyrostem d w następnych latach. Przebieg falowy jest prawdopodobnie odzwierciedleniem około letniej okresowości, którą wyróŝniono w sekularnych szeregach czasowych d (Bryś K. i Bryś T. 22, Bryś K. i Bryś T. 25, Bryś T. 23). DYSKUSJA Dobowy rytm stosunków radiacyjnych powierzchni czynnej (napromienienie i wypromieniowanie) oraz jego konsekwencje termiczne i higryczne (bilans cieplny) decydują o znacznej przewadze niedosytu wilgotności powietrza dziennego nad nocnym. Szczególnie wysokie dysproporcje tak ujętych średnich wartości d pojawiają się latem. Uprzywilejowany jest takŝe niedosyt wilgotności tzw. pory popołudniowej (12 UTC 18 UTC) nad porą przedpołudniową (6 UTC 12 UTC), ale w ciągu roku istotne modyfikacje wprowadza adwekcja róŝnych mas powietrza oraz rozwój chmur konwekcyjnych i opady. Decydują one o zauwaŝalnej w badanych 26 latach tendencji do zwiększania się róŝnic wilgotnościowych pomiędzy obu porami dnia, przy jednoczesnej tendencji do relatywnego zbliŝania się wartości d dz i d nc. Tendencja zmniejszania się procentowego stosunku d przedpołudniowego do d popołudniowego, na skutek szybszego wzrostu d po niŝ d pp nie jest jednak widoczna przez cały rok. Okresy XI-III i VI-VIII, które cechuje spadek wartości stosunku d pp do d po, są bowiem przedzielone 2- miesięcznymi okresami wzrostów jego wartości tzw. barierą wiosenną (IV-V) i wczesno-jesienną (IX-X). Okres jesienny X-XII jest takŝe czasem wygaszenia obserwowanej przez 3 pory roku (I-IX) wzrostowej tendencji stosunku d nc do d dz. W miesiącach X-XI ma miejsce nawet słabe odwrócenie, widocznego w poprzednich miesiącach, kierunku trendu. Te wzrosty (d pp/d po) lub spadki (d nc/d dz) wartości wspomnianych okresów przełomowych zdają się nie mieć charakteru przypadkowego. Ich umiejscowienie jest bowiem zgodne z czasem sezonowej przebudowy układów barycznych nad północnym Atlantykiem. W okresach tych pojawiają się takŝe minima kwietniowe i październikowe współczynników zmienności d nc i d dz. Jednocześnie najwyŝsze wartości relatywnych zmian wspomnianych stosunków, jak i najwyŝsze procentowe przyrosty d dz i d nc mają miejsce w porze zimowej, a więc w okresie najsilniejszych związków telekoneksyjnych pomiędzy wskaźnikiem zimowym NAO Hurrella a wartościami niedosytu wilgotności we Wrocławiu (Bryś K. i Bryś T. 22). Jak wykazały wyliczenia autorów cytowanej pracy współczynniki korelacji pomiędzy d a róŝnymi wskaźnikami Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO) są szczególnie wysokie od początku lat 7., a najwyŝsze wartości osiągnęły w latach 8. i na początku lat 9. Związane są więc z do-

10 316 K. BRYŚ minującą obecnie fazą pozytywną NAO, czyli ze współczesnym okresem wzmoŝonych przepływów strefowych nad Północnym Atlantykiem i Europą. Aktywizacja układów cyklonalnych i ich trajektorie w trakcie tych przepływów powodują, Ŝe stosunkowo często wędrujące nad Europą niŝe zasysają masy ciepłego i suchego powietrza pochodzenia zwrotnikowego lub są przyczyną transformacji fenowej i związanego z tym wysuszania wilgotnych mas powietrza atlantyckiego, które po przejściu barier górskich Alp i Sudetów napływają nad Dolny Śląsk. O tej roli adwekcji świadczą takŝe wspomniane w rozdziale poprzednim wyniki analizy korelacyjnej d z Tp i H. Wskazują one na zasadnicze znaczenie wilgotności względnej powietrza dla kształtowania się wartości d. Cechy higryczne powietrza we Wrocławiu- Swojcu związane są więc, przede wszystkim, z charakterem wilgotnościowym napływającej masy. Lokalne stosunki ewaporacyjne, związane z cechami uŝytkowanej rolniczo tzw. powierzchni czynnej (przede wszystkim: obecnością lub brakiem powierzchni wodnych, charakterem pokrycia roślinnego, rodzajem gleb oraz morfologią i ekspozycją powierzchni parujących) mają tu znaczenie wtórne. JednakŜe nie naleŝy ich lekcewaŝyć, gdyŝ mogą one potęgować lub osłabiać wpływ czynnika adwekcyjnego. Ta ostatnia przyczyna ma jednak szczególne znaczenie, gdyŝ kształtuje dynamikę ewaporacyjną i sprzęŝoną z nią licznymi więzami interakcyjnymi dynamikę wilgotnościową powietrza w skali regionalnej. Zatem w procesach zachodzących w makroskali klimatycznej i ich konsekwencjach mezoskalowych naleŝy szukać wytłumaczenia dokonujących na Swojcu zmian higrycznych i ewaporacyjnych. W analizowanym 26-leciu naleŝą do nich, m.in. odnotowany ostatnio (Bryś K. 26) relatywny spadek sum popołudniowych parowania w miesiącach letnich w parowaniu dziennym oraz wzmocnienie względnego udziału parowania nocnego w parowaniu dobowym. Ma na to znaczny wpływ wspomniana dynamika zmian dobowych d. Rozpatrując te relacje warto zwrócić uwagę takŝe na inne analogie. Asymetrie 6- lub 12-godzinych sum parowania, porównywanych podobnie jak przy średnich d w równych częściach doby lub dnia, charakteryzują się nie tylko znaczną zmiennością sezonową, ale równieŝ jak w przypadku d, znaczną zmiennością z roku na rok. Kontrasty solarne, termiczno-wilgotnościowe i dynamiczne pomiędzy róŝnymi masami powietrza i zmienna frekwencja tych mas, związana z aktywizacją róŝnych typów cyrkulacyjnych, są szczególnie zauwaŝalne w okresie zimowym. Częstsze w ostatnich latach efekty fenowe na Dolnym Śląsku sprzyjają nie tylko parowaniu dziennemu, ale i wzmoŝeniu parowania nocnego, które relatywnie (w odniesieniu do sum dobowych) wzmacnia się bardziej niŝ dzienne. Te fakty ewaporacyjne sprzę- Ŝone są z odpowiednim ukształtowaniem się cech higrycznych powietrza, czyli wyeksponowanym na ostatnim wykresie (rys. 2 d) relatywnym wzmocnieniem się

11 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 317 d nc w porównaniu z d dz, co najmocniej uwidacznia się w lutowym maksimum. O wskaźnikowym charakterze zmian zachodzących w lutym świadczy takŝe wybitne maksimum współczynnika zmienności d nc i d dz (rys. 2 c) przypadające na czas najsilniejszych związków korelacyjnych NAO z d. WyróŜnione trendy zmian nocnych, zarówno higrycznych jak i ewaporacyjnych mają swoje uzasadnienie takŝe w fakcie, Ŝe notowany w ostatnich dekadach lat nocny wzrost temperatury i niedosytu wilgotności powietrza jest powiązany z wolniejszym niŝ w ciągu dnia spadkiem prędkości wiatru (Bryś K. 26). Zachodzące zmiany mają zatem postać zmian kompleksowych, obejmujących wiele elementów meteorologicznych. W rozpatrywanym wieloleciu występuje wyraźna kilkuletnia zmienność odróŝniająca poszczególne sekwencje lat 8. od lat 9. i późniejszych. Obok 5- i 7 8-letnich rytmów d o genezie makro-cyrkulacyjnej daje się takŝe zauwaŝyć wpływ 1-11-letniej oraz prawdopodobnie ok letniej cykliczności solarnej (Bryś K. i Bryś T. 22, Bryś K. i Bryś T. 25). Przypadają one na subfazę dojrzałą fazy pozytywnej NAO, charakteryzującą się nie tylko znacznym wzmoŝeniem przepływów równoleŝnikowych, ale takŝe generowaniem znacznej dynamiki zmian w systemie elementów meteorologicznych tworzących układy cyrkulacyjne. Do czułych na te kompleksowe zmiany istotnych parametrów zalicza się, m.in. dobowy przebieg niedosytu wilgotności powietrza. WNIOSKI 1. Podstawową cechą dobowej zmienności niedosytu wilgotności powietrza jest występowanie sezonowo zmiennej przewagi wartości niedosytu wilgotności dziennego nad nocnym oraz niedosytu wilgotności pory popołudniowej nad porą przedpołudniową. 2. Okres zimowy sprzyja wyrównywaniu średnich wartości niedosytu wilgotności powietrza dziennego i nocnego. Latem wyraźna dominacja niedosytu wilgotności dziennego tylko czasami ulega silnym zakłóceniom adwekcyjnym. Te sezonowe róŝnice sprzęŝone są z dobowym rytmem radiacyjnym warstwy czynnej. 3. W ciągu roku istotne modyfikacje wprowadza adwekcja róŝnych mas powietrza, zwłaszcza typu fenowego, oraz rozwój chmur konwekcyjnych i opady. Decydują one o długookresowym trendzie zwiększania się róŝnic wilgotnościowych pomiędzy obu porami dnia, tj. d pp i d po, przy jednoczesnej tendencji do relatywnego zbliŝania się wartości d dz i d nc. 4. Wymienione tendencje nie występują wiosną (IV-V) i (lub) jesienią (IX- X). Pojawiają się wtedy minima współczynników zmienności d dz i d nc. Czas

12 318 K. BRYŚ wystąpienia tego zjawiska odpowiada okresom przebudowy układów barycznych nad Północnym Atlantykiem. 5. WyróŜnione trendy zmian higrycznych wiąŝą się z wieloletnimi zmianami innych parametrów wilgotnościowych powietrza oraz zmianami termicznymi, ewaporacyjnymi i dynamicznymi. Mają zatem postać zmian kompleksowych, obejmujących wiele elementów meteorologicznych. 6. NajwyŜsze współczynniki zmienności d nocnego i d dziennego występują w styczniu i lutym (maksimum), a największą zmiennością dobową niedosytu wilgotności powietrza (stosunek d nc do d dz) z roku na rok cechuje się okres zimowy. Zwiększenie wahań d związane jest z intensyfikacją przepływów strefowych (faza pozytywna NAO), których szczególne nasilenie ma miejsce w styczniu i lutym. Odzwierciedleniem tych tendencji są występujące w ostatnich dekadach lat silne związki korelacyjne z NAO, a szczególnie z zimowym indeksem Hurrella. 7. W długookresowych fluktuacjach przebiegu dobowego niedosytu wilgotności powietrza, szczególnie w okresie zimowym, zaznaczają się rytmy: letni oraz letni, związane najprawdopodobniej z aktywnością solarną. Obok nich występują mniej wyraźne rytmy: 5- i 7-letnie, prawdopodobnie o genezie cyrkulacyjnej. PIŚMIENNICTWO Bryś K., 26. Wieloletnie dobowe zmiany parowania z wolnej powierzchni wody w Obserwatorium Wrocław- Swojec. [W:] Funkcjonowanie i monitoring geoekosystemów Polski w warunkach narastającej antropopresji. Biblioteka Monitoringu Środowiska, pod red. L. Krzysztofiaka, Warszawa, Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, Bryś K., Bryś T., 22. Wpływ wahań NAO na zmienność warunków wilgotnościowych, radiacyjnych, dynamicznych i ewaporacyjnych we Wrocławiu Swojcu w latach [W:] Oscylacja Północnego Atlantyku i jej rola w kształtowaniu zmienności warunków klimatycznych i hydrologicznych Polski, Akademia Morska, Gdynia, Bryś K., Bryś T., 25. Zmienność warunków higrycznych we Wrocławiu-Swojcu w latach , Acta Agrophysica, 5(3), Bryś T., 23. Variability of saturation deficit in Wrocław in the 2 th century and some of its conditions. W: Man and climate in the 2 th century, Ac. Un. Wratisl. 2542, St. Geogr., 75, Doraiswamy P.C., Pasteris P.A., Jones K.C., Motha R.P., Nejedlik P., 2. Techniques for methods of collection, database management and distribution of agro-meteorological data. Agric. For. Meteor. 13, 1-2, Mc Vicar T.R., Jupp D.L.B., Estimating one-time-of-day meteorological data from standard daily data as inputs to thermal remote sensing based energy balance models. Agric. For. Meteor. 96, 4, Olejnik J., Kędziora A., Przyczynek do metodyki określania średniej dobowej dokładności niedosytu wilgotności powietrza. Rocz. AR Poznań 133,

13 WIELOLETNIE DOBOWE ZMIANY NIEDOSYTU WILGOTNOŚCI POWIETRZA 319 Roguski W., Łabędzki L., Kasperska W., 2/21. Analiza niedosytu wilgotności powietrza obliczanego z pomiarów ciągłych oraz terminowych w oparciu o wyniki stacji automatycznych w rejonie Bydgoszczy. An. UMCS Lublin Polonia, vol. LV/LVI, 36, Sec. B, Rojek M., Rojek M., Łomotowski J., 2/21. Porównanie danych meteorologicznych uzyskiwanych przy wykorzystaniu klasycznej i automatycznej stacji meteorologicznej. An. UMCS Lublin Polonia, vol. LV/LVI, 36, Sec. B, DIURNAL LONG-TERM VARIATIONS OF SATURATION DEFICIT AT WROCŁAW-SWOJEC OBSERVATORY Krystyna Bryś Department of Agri- and Hydrometeorology, Institute of Engineering and Environmental Protection, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences Pl. Grunwaldzki 24, Wrocław brys@ozi.ar.wroc.pl Ab s t r a c t. Statistical and climatologic analyses were performed for long-term ( ) runs of diurnal saturation deficit variability measured at Wrocław-Swojec Agricultural Observatory. The values of 3 standard time-limit measures (6, 12, 18 UTC) and readings taken from thermohygrographs ( UTC) were used. For purposes of comparisons, equal parts of day were taken for considerations: night half-day (18-6 UTC) and day half-day (6-18 UTC), and also a.m. quarterday (6-12 UTC) and p.m. quarter-day (12-18 UTC). The changes were averaged as monthly, semiannual and yearly average values of saturation deficit for analysed parts of day. The annual and longterm runs of saturation deficit defined in that manner, with a basic division into day and night saturation deficits, are characterized by considerable variability. A distinct increase of night and day saturation deficit averages, particularly strong in the last decades, is the most important attribute of the analysed 26-year period. The relative participation of night saturation deficit in the diurnal averages increases as well. Within the annual run, beside a dominant tendency of strong increase of saturation deficit, especially in February, April, June and August, there is also a symptomatic occurrence of its stabilization or decrease (in October for day and November for night saturation deficit). The strongest year-to-year variability of the diurnal saturation deficit is characteristic of the winter period (February). Increase of saturation deficit fluctuations and the occurring humidity trends are linked with intensification of zonal flows (NAO positive phase). K e y wo r d s : saturation deficit, diurnal variability, long-term trends, NAO positive phase